不同遗传背景亲本及其杂交种对田间出苗率的影响

孔德真 聂迎彬 崔凤娟 桑伟 刘鹏鹏 田笑明

摘要 为了研究细胞质不同亲本及其杂交种对田间出苗率的影响，以29个AL型不育系和25个恢复系为亲本材料配制了双列杂交组合，以“同母多父”和“同父多母”的方式，对杂交种和亲本的田间出苗率进行比较分析。结果表明，细胞质遗传背景不同的恢复系、保持系、杂交种之间田间出苗率差异不显著。杂交种与双亲的田间出苗率间呈显著正相关，田间出苗率高的亲本所配置杂交种田间出苗率表现出较高杂种优势。杂交种田间出苗率应该作为优异亲本的重要指标得到重视。

关键词 杂交小麦；田间出苗率；细胞质背景；杂种优势

中图分类号 S 512.1  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）06-0030-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.007

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Genetic Backgrounds and Their Hybrids on the Field Seedling Emergence Rate

KONG De-zhen，NIE Ying-bin，CUI Feng-juan et al

（Institute of Crop Research，Xinjiang Academy of Agri-Reclamation Sciences/Key Lab of Xinjiang Production and Construction Corps for Cereal Quality Research and Genetic Improvement，Shihezi，Xinjiang 832000）

Abstract In order to study the effects of different genetic backgrounds and their hybrids on the field seedling emergence rate，29 AL-type sterile lines and 25 restorer lines were used as parental materials to prepare a diallel hybrid combination.Comparative analysis of field emergence rates of hybrids and parents was carried out in the manner of ‘same mother with many fathers and ‘same father with many mothers.The results showed that there was no significant difference in field emergence rate among restorer lines，maintainer lines and hybrids with different cytoplasmic genetic backgrounds.There was a significant positive correlation between the field emergence rate of hybrids and both parents，and the field emergence rate of hybrids configured with parents with high field emergence rate showed higher heterosis.The field emergence rate of hybrids should be taken seriously as an important indicator of superior parents.

Key words Hybrid wheat;Field emergence rate;Cytoplasmic background;Heterosis

利用雜种优势可大幅提高小麦的产量和改善品质［1］。目前，小麦杂种优势利用的主要途径有：三系法、两系法、化学杀雄法和核不育法4种［2］；三系法开发出多种新型CMS小麦不育系并实现三系配套，研究较多的有T型、K型、V型、Q型、普型（F型、AL型、临型等）［3］。杂种优势利用的核心问题是强优势组合选配，选配关键是要有较好的亲本材料［4］。有报道T-CMS和恢复系材料遗传背景对杂交种外形皱缩和发芽率有较大影响，加之小麦田间用种量大于水稻和玉米，导致杂交小麦种植面积不及小麦种植总面积的1%，对利用杂种优势有较大影响。小麦杂交种的田间出苗率，成为优良杂交小麦组合亲本选配的重要指标之一。田间出苗率高的杂种播种后，出苗迅速且均匀一致，保证全苗、壮苗，为杂种优势表现打下良好基础。目前，鲜有对杂交小麦田间出苗率的报道。

黄元江等［5］研究表明，种子活力具有较高的遗传力，品种不同种子活力不同，通过基因重组提高种子活力。前期研究发现，AL型小麦不育系育性稳定，容易被恢复且杂交种生产的种子饱满不皱缩；聂迎彬等［6］进行杂交种发芽试验发现，不育细胞质对种子发芽率没有不利影响；朱建峰等［7］研究表明，不同品种小麦由于基因型不同，种子活力具有明显差异。为探究AL-CMS细胞质遗传背景不同的不育系、保持系和恢复系及其杂交种对田间出苗率的影响，笔者采用双列杂交设计，调查分析2018—2021年共248个杂交种组合及其亲本的田间出苗率，从而为杂交小麦亲本的选配提供有益信息。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为具普通小麦不育细胞质AL型三系杂交小麦亲本，选用皆回交6代以上的29个不育系（A）及其同核保持系（B），选用25个恢复系（R）都是A×R杂交选育测恢纯合稳定后代，个别材料年份间有重复利用如表1所示。所有材料均为新疆农垦科学院小麦创新团队选育。

1.2 试验设计与性状调查

分别于2018年5月、2019年5月、2020年5月和2021年5月按照不完全双列杂交NCⅡ 设计共计配置成248个杂交组合，在9月下旬将当年配置的杂交组合和亲本种植于新疆农垦科学院作物研究所试验田中。为比较不育细胞质与可育细胞质对田间出苗率和其他农艺性状的影响，不育系亲本用可育细胞质的同核保持系替代。田间试验按照随机区组设计，2次重复，每小区种植6行，行长1.5 m，行距25.0 cm，每行种植50粒每小区600粒，人工点播。2条滴灌带与行向垂直铺置，滴灌带间距60 cm，播种后滴出苗水900 m3/hm2。当年10月中下旬小麦3叶期调查小区田间出苗数，再除以播种粒数×100计算田间出苗率。

1.3 数据统计与分析

对每个杂交组合及亲本的田间出苗率数据先作反正弦转换，后续进行方差分析、相关分析，结果分析时转换回原值。所有数据分析均在Excel 2010和SPSS 26 软件中进行。

2 结果与分析

2.1 不同细胞质背景对田间出苗率的影响

AL型保持系、恢复系、杂交种具有不同细胞质背景。由表2可知，3类材料田间出苗率年份平均值表现：2021年＞2018年≥2020年＞2019年。3类材料中含有可育细胞质的保持系田间出苗率最高，含有不育细胞质的恢复系和杂交种田间出苗率较保持系分别低1.92百分点和0.62百分点，含有不育细胞质的杂交种和保持系田间出苗率较恢复系分别高1.30百分点和1.92百分点。3类材料间数据合并后，保持系平均田间出苗率为78.40%，高于年份平均值；恢复系低于年份平均值；杂交种等于年份平均值，但都未达到著差异水平，说明总体上AL型不育细胞质对田间出苗率没有显著影响。但是，性状的一般表现与某个亲本在杂交组合的具体表现是不等同的。组合选配需要了解每个亲本在杂交组合中的具体表现。由于杂交种的细胞质和50%细胞核基因是由不育系提供的，因此重点考察不育系在同母多父杂交组合中田间出苗率的表现。

2.2 不育系亲本对杂交种田间出苗率的影响 表3为各年份不育系与恢复系配制的同母多父杂交组合的平均田间出苗率。2021年8个不育系分别对应9个恢复系，可看出母本不育系之间的差异。除石麦15A、周麦32A、周麦26A、济麦20A外，其余母本所配制的杂交种田间出苗率均比其同核保持系高。其中08（153）A、山农22A配制杂交组合的平均田间出苗率达87.0%，比同核型持系分别高出6.2百分点和4.5百分点。周麦32A所配制杂交种平均田间出苗率比同核保持系降幅达到20.6百分点。2020年8个不育系分别对应6个恢复系，除200504A和石新618A所配制的杂交种田间出苗率比其同核保持系高外，其余母本所配制的杂交种平均田间出苗率均比其同核保持系低，其中津11324A配制的組合降幅达22.9百分点。2019年7个不育系分别对应8个恢复系，除小偃54A和矮抗58A外，其余母本所配制的杂交种平均田间出苗率均比其同核保持系高。其中石优17A、科麦1号A和衡观35A配制的杂交组合比其同核保持系高9.3百分点、6.7百分点和6.6百分点。2018年8个不育系分别对应9个恢复系，除石麦15A外，其他母本所配制的杂交种平均田间出苗率均比其同核保持系高。其中新冬36A、新冬22A和衡观35A配制的杂交组合比其同核保持系高7.0百分点、5.7百分点和5.0百分点。

综上所述，AL型不育细胞质对田间出苗率没有显著的不良影响，但不同不育系配置的杂交种组合表现有差异。一般认为母本对子代的遗传贡献更大，所以三系杂交小麦要重视选择田间出苗率高的不育系，有助于提高杂交种的田间出苗率。

2.3 田间出苗率杂种优势与双亲的关系

表4为田间出苗率大于80.00%以上的17个杂交种组合（F1）及其亲本中亲值（MP）和杂种优势可知，杂交种与双亲的田间出苗率有显著正相关（r＝0.583 6）。其中母本不育系都是比同核保持系田间出苗率高的亲本（表3），表现好的恢复系主要有2014AR5、99AR142-1、09AR14、2012AR13-4-2、2012AR8-7等。以上不育系与这些恢复系配制的组合田间出苗率平均为87.47%，远高于全部组合平均值77.78%（表2），平均杂种优势为14.80%，其中F1、MP、杂种优势值3指标≥组合平均值的有1、4、9、16、17号组合，涉及母本08（153）A、山农22A、新冬22A、垦冬002A，而恢复系2014AR5与5个不育系配制的杂种组合（同父多母）都有较高的田间出苗率。

3 结论与讨论

生产中，人们通常根据小麦种子在土壤中的田间出苗率与整齐性，来决定品种选择和播种量，一般需要加大20%～30%种子量来保证基本苗数。与玉米和水稻相比小麦是播种量较大的作物。小麦种子的田间出苗率受内外多个因素的影响。种子活力水平的高低主要是由遗传因子和外界因素决定的，但遗传因子在很大程度上决定种子活力［8］。李有春等［9］研究表明，T型杂交小麦杂交种发芽率低、发芽势差，从而造成基本苗少、分蘖成穗不够。Hao等［10］对AL型不育系18A细胞质线粒体基因组测序发现，与T-CMS线粒体基因组99%是一样的，与普通小麦细胞质不相同，说明AL-CMS线粒体基因组可能来自T.Timopheevi属于T-CMS。而在该研究中，含有不育细胞质的AL型杂交种与其正常可育的同核保持系和恢复系双亲比较，田间出苗率未出现明显降低的现象，杂交小麦的不育细胞质对杂交种田间出苗率影响不大。由于当年制种的杂交种子与常规品种小麦种子外形相比，表现出不饱满、皱缩、色泽灰暗等，人们容易认为小麦杂交种田间出苗率比常规种低。该研究显示，杂交种与双亲的田间出苗率有显著正相关，田间出苗率高的亲本所配置的杂交种田间出苗率高于其亲本，也表现出较高的杂种优势。这与张玲丽等［11］研究认为杂交小麦具有较高的种子活力相一致。

有研究表明，种子活力有较高的遗传力，可通过基因重组来提高［12］。该研究中，一个母本与多个父本杂交，其杂交组合的田间出苗率差异较大，这可能是由于不同组合质核基因互作产生的现象。例如，不育系周麦32A和津11324A与多个父本配制杂交组合，其田间出苗率均比其2个亲本低，表现出特异性。因此，在杂交小麦亲本选择过程中，杂交种田间出苗率应作为优异亲本选择的重要指标得到重视。

在该研究中，含有不同细胞质遗传背景的恢复系、保持系及其杂交种田间出苗率差异不大。通过对杂交小麦不育系和恢复系配制的杂交组合分析揭示，杂交种与双亲的田间出苗率有显著正相关，田间出苗率高的亲本所配置的杂交种田间出苗率高于其亲本，也表现出较高的杂种优势，为优势杂交组合亲本的选配提供了依据。

参考文献

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［7］ 朱建峰，陈春环，吉万全.基因型和种子大小对小麦种子活力的影响［J］.种子，2016，35（5）：108-109.

［8］ BORAIAH K M，RAGHAVENDRA D.Genetics of seed longevity： An overview［J］.Agrobios newsletter，2018（11）：82-90.

［9］ 李有春，刘仲齐.遗传背景对小麦T型杂种种子活力的影响［J］.西南农业学报，1995，8（1）：13-19.

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［11］ 张玲丽，郭月霞，宋喜悦.不同类型小麦品种人工老化处理后种子活力特性的研究［J］.种子，2008，27（10）：52-55.

［12］ 刘仲齐，李有春.提型杂种小麦灌浆特性的研究［J］.西南农业学报，1993，6（2）：26-31.